锂离子电池锡基薄膜负极材料的制备及研究

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1、学校代码10459学号或申请号201422192481密级专业硕士学位论文锂离子电池锡基薄膜负极材料的制备及研究作者姓名：王鹏导师姓名：胡俊华教授专业学位名称：材料工程培养院系：材料科学与工程学院完成时间：2017年5月AthesissubmittedtoZhengzhouUniversityforthedegreeofMasterPreparationandInvestigationofSn-basedFilmsAnodeMaterialsforLithiumIonBatteriesByPen

2、gWangSupervisor:Prof.JunhuaHuMaterialsEngineeringSchoolofMaterialsScienceandEngineeringMay,2017学术论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其它个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本声明的法律责任由本人承担。学位论文作者：日期：年月日学位论文

3、使用授权声明本人在导师指导下完成的论文及相关的职务作品，知识产权归属郑州大学。根据郑州大学有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留或向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅；本人授权郑州大学可以将本学位论文的全部或部分编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或者其它复制手段保存论文和汇编本学位论文。本人离校后发表、使用学位论文或与该学位论文直接相关的学术论文或成果时，第一署名单位仍然为郑州大学。保密论文在解密后应遵守此规定。学位论文作者：日期：年月日摘要本论文的研究

4、工作主要是采用物理气相沉积法制备锡基薄膜负极。与颗粒材料相比，充放电过程中锡纳米薄膜的绝对体积膨胀得到了缓解；碳缓冲层在抑制锡的同素异构转变的同时还提高了锂离子的扩散能力，从而显著改善了循环性能。本文研究了纯锡，锡碳（碳锡）两层薄膜以及碳锡碳三层薄膜这三种结构对于电化学性能的影响。其中重点研究对比了纯锡薄膜和锡碳两层薄膜，当碳层作为缓冲层附着在锡层上时，循环性能稳定，0.5C大倍率循环70次之后质量比-1-1容量达到597.8mAhg,100次之后达到479.6mAhg，大大地超过了石墨负极的理

5、论质量比容量，库伦效率在70周循环周期内一直稳定保持在98%左右。与之相比，另外三个样品的循环性能较差，本文对于锡碳样品循环性能优异的原因做出了一定解释，通过非原位XRD测试和一系列电化学测试发现，与纯锡样品对比，碳缓冲层的引入抑制了锡的同素异构转变和电解液的分解，同时大大提高了锂离子的扩散系数和整体电极材料的导电性，从而提高了循环性能。在非原位XRD表征的基础上，我们通过理论计算和实验相结合的方式研究了相变的可逆性问题，结果表明通过简单的热处理无法发生可逆的相变。关键词：碳缓冲层、锂离子电池、

6、相变、电化学IAbstractInthispaper,weusephysicalvapordeposition(PVD)toproducetin-basedfilmanode.Comparingtopowdermaterials,tinnanofilmrelieveabsolutevolumeexpansionduringdischarge/chargeprocess.Thecarbonlayernotonlysuppressestin’sallotropytransformation,buta

7、lsoimprovesthediffusionabilityoflithiumions,whichimprovesthecyclingperformanceobservably.Inthispaper,weproducethreestructures:pureSnfilm,twolayersfilm(Sn/CandC/Sn)andSn/C/Snthreelayersfilm.Wewanttoknowhowdifferentstructuresaffectelectrochemicalproper

8、ties.BycomparingSnwithSn/C,wefindthatwhencarbonlayerwasdepositedontinlayer,thecyclingperformanceispromising.Aftercycling-170cyclesat0.5Ccurrentdensity,thespecificcapacityremains597.8mAhg,after-1100cyclesthespecificcapacityremains479.6mAhg,whichismore